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随着AI和云计算爆发式发展，全球数据中心的散热压力问题与日俱增。目前，冷却系统能耗已占数据中心总耗电量的40%。若维持现状，到2030年全球制冷能耗或将激增逾一倍。

在我国，数据中心也是能源消耗增速较快的领域之一。随着数字中国建设进程的加速，数据中心用电将持续快速增长，预计年均用电增速将达到15%。《数据中心综合能耗及其灵活性预测报告》指出，到2030年，我国数据中心用电负荷将达1.05亿千瓦，全国数据中心总用电量约为5257.6亿千瓦时，用电量将占到全社会总用电量的4.8%。

新蒸发冷却新技术大幅提升能效

纤维膜散热示意图。图片来源：物理学家组织网

https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00156-4

美国加州大学圣迭戈分校研究团队在6月13日发表的《焦耳》杂志发文称：他们利用特殊设计的纤维膜开发出蒸发冷却新技术，可大幅提升数据中心及高功率电子设备的能效。这项技术不仅有望替代传统风扇、散热器和液泵等耗能冷却方案，还能显著减少冷却系统的用水量。

团队从自然界普遍存在的蒸发吸热现象中汲取灵感——例如植物通过叶片表面的蒸腾作用带走热量以维持自身温度——开发出一种极具潜力的被动式蒸发冷却技术。该技术的核心是一种经过特殊工程设计的低成本纤维膜。这种膜片由微米级纤维精密交织而成，其表面形成了大量相互连通的微孔网络结构。这一精巧的微观结构赋予了膜片强大的毛细作用能力，使其能够像植物根系从土壤中吸收水分一样，主动、持续地吸附并均匀输运冷却液体（如普通水）至整个膜的有效蒸发表面。测试中，该膜创下每平方厘米800瓦的散热纪录，且能持续稳定工作数小时。

纤维膜通过毛细管作用将液体从微通道拉入其孔中，并在液体蒸发时冷却热源

当这种纤维膜被放置在发热的电子设备（如服务器中的CPU、GPU等高功率芯片）附近或直接贴合时，膜表面吸附的冷却液体会吸收来自器件散发的热量而迅速发生相变，从液态蒸发为气态。液体的蒸发过程是一个强烈的吸热过程，能够高效地将热量从电子设备表面带走，从而实现对设备的高效被动散热。整个冷却过程几乎不需要额外的能量输入来驱动液体循环或增强蒸发（例如无需传统的泵或风扇），这使其成为一种极具吸引力的低能耗冷却方案。

传统的蒸发冷却技术在应用于高功率电子设备散热时，常因材料本身的限制而面临诸多挑战。例如，如果蒸发材料的孔隙过小，容易被水中的杂质或析出物堵塞，导致蒸发效率下降和系统失效；而如果孔隙过大，则可能导致冷却液体在发热表面发生不受控制的剧烈沸腾，或者出现液体泄漏、漫溢等问题，反而影响散热效果和设备安全 。新型纤维膜凭借其“恰到好处”的孔径分布和精心设计的三维立体网状结构，成功地克服了这些难题。这种结构既能保证高效的毛细抽吸和液体输运，又能维持稳定的液-气界面，促进均匀、高效的薄膜蒸发，避免了堵塞和失控沸腾的风险。

有趣的是，这种高性能纤维膜材料最初是为过滤应用而研发的。研究团队敏锐地洞察到其在散热领域的巨大潜力，通过巧妙的结构设计和工艺优化，成功实现了其“跨界”应用。这不仅体现了科研创新的交叉学科特性，也为新材料的多元化应用开辟了新思路。

该技术的主要潜在效益包括：

新型纤维膜技术为建筑冷却带来的新机遇

新型纤维膜技术以其独特的微观结构和优异的蒸发性能，为克服传统建筑冷却的局限性、拓展其应用场景带来了新的可能性。

性能提升与适用性拓展

高效热质传递：新型纤维膜具有极大的比表面积和精心设计的互联孔道结构，能够形成非常薄且稳定的液膜，这有利于实现比传统填料更高效、更快速的热量和质量传递（即水分蒸发）。这意味着在相同的条件下，可能获得更大的温降或处理更大风量。

空气-水分离与湿度控制：类似于某些先进的膜基间接蒸发冷却系统（如HFMEC），纤维膜的特性可以实现水在膜的一侧蒸发，而待冷却的空气在膜的另一侧流过并被冷却，两者不直接接触。这种设计可以有效避免DEC系统直接向空气中增加大量水分的问题，从而有望将蒸发冷却的适用范围扩展到湿度相对较高的地区。通过精确控制膜的结构和操作条件，甚至可能实现对送风湿度的某种程度调控。

精确可控的蒸发过程：膜材料的制造工艺具有高度的可控性和可设计性，这意味着可以根据具体应用需求定制膜的孔径、厚度、亲水性等参数，从而实现对蒸发过程的更精确控制，优化系统性能。

节水效益：在建筑应用中，如果纤维膜能实现极高的蒸发效率，并配合良好的水循环和管理系统（如高效除水器减少飘水、浓缩水再利用等），相比于一些传统的、蒸发较为粗放的冷却塔或湿帘系统，确实有可能在达到同等制冷效果的前提下，减少补水量和排污水量。

克服传统材料限制：新型纤维膜有望克服传统蒸发介质易堵塞、老化、降解、以及易于滋生微生物等问题。其材料本身的特性和更精密的结构可能使其更耐久、更易清洁或更换，从而降低长期维护成本，保障系统卫生。

建筑整合与应用场景创新

紧凑化与模块化设计：纤维膜组件因其潜在的高效率，有望实现比传统蒸发冷却装置更紧凑的设计。这意味着蒸发冷却单元可以做得更小、更轻，更易于实现模块化。这为将蒸发冷却功能集成到建筑的各个部位提供了便利，例如：

与HVAC系统的深度集成： 除了作为预冷装置，新型纤维膜蒸发冷却还可以作为独立的末端设备，直接向室内送出冷却后的新风或循环空气。其低能耗特性使其非常适合与置换通风、地板送风等低速送风系统结合。

特定建筑空间的理想选择：对于那些既追求高能效，又对室内湿度有一定控制要求的建筑空间，如学校教室、办公楼、零售商店、展览馆、以及部分对湿度不极端敏感的轻工业厂房等，新型纤维膜蒸发冷却技术可能成为一种极具吸引力的解决方案。

与可再生能源的完美结合： 蒸发冷却本身就是一种低品位能源利用技术。新型纤维膜技术因其被动或极低能耗的特性，使其非常适合与太阳能光伏（PV）等可再生能源发电系统结合。例如，利用光伏电力驱动小型风机辅助空气流动，或驱动水泵进行少量补水，即可构建近零能耗甚至零能耗的建筑冷却解决方案。

提升建筑可持续性

显著降低建筑碳排放：制冷是建筑能耗的主要组成部分之一，尤其在炎热地区。通过大幅降低制冷所需的电能消耗，新型蒸发冷却技术能直接减少建筑在运营阶段的温室气体排放，助力实现建筑行业的“碳达峰”与“碳中和”目标。

缓解城市热岛效应：传统空调系统通过冷凝器向室外排放大量废热，是加剧城市热岛效应的因素之一。而蒸发冷却过程是将热量以水蒸气潜热的形式散发到大气中，其排出的空气温度通常低于或接近环境温度，对城市微气候的影响更为友好。

改善室内空气品质：当与新风系统结合时，蒸发冷却不仅能提供降温，还能引入经过冷却的室外新鲜空气，改善室内空气流通和质量，而非传统空调那样简单地循环室内空气。

小结

加州大学圣迭戈分校研究团队成功研发的新型纤维膜蒸发冷却技术，无疑为深陷“热浪侵袭”与“能耗高企”双重困境的全球数据中心产业带来了希望。其巧妙地借鉴自然界蒸发吸热的原理，通过特殊工程设计的纤维膜实现了前所未有的高效、被动式散热能力，展现出大幅降低数据中心冷却系统能耗并可能显著减少相关水资源消耗的巨大潜力。这项突破性的科研成果不仅为替代传统高耗能冷却方案提供了切实可行的技术路径，也为持续优化数据中心整体能源效率、推动PUE值向更理想水平迈进注入了新的、强劲的动力。

更为深远的是，这项技术的创新思维和核心科学原理对整个建筑行业的传统制冷模式具有重要的启示意义和深远的革新潜力。正如本文深入剖析的那样，通过有效克服传统蒸发冷却方法在湿度控制、材料性能和维护方面的固有局限性，新型纤维膜技术有望在提升建筑整体节能水平、改善室内热舒适环境与空气品质、显著降低运营阶段碳排放以及积极缓解城市热岛效应等多个维度发挥关键性的积极作用。因此，它不仅可以被视为数据中心实现绿色可持续转型的关键利器之一，更是推动广义上的建筑领域迈向“碳中和”这一宏伟目标的重要技术拼图和创新路径之一。

素材来源：科技日报、《焦耳（Joule）》等